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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOacuteLICA DEL PERUacute
Facultad de Ciencias e Ingenieriacutea
DISENtildeO Y DESARROLLO DE UN TRANSMISOR Y RECEPTOR DE UN SISTEMA DOMOTICO
UTILIZANDO TECNOLOGIacuteA DE CORRIENTES PORTADORAS Y EL PROTOCOLO X-10
Tesis para optar por el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico que presenta el bachiller
Diego Armando Lozada Diacuteaz
Asesor Oscar Antonio Melgarejo Ponte
Lima diciembre del 2008
RESUMEN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo fundamental el brindar confort a las personas y un mayor nivel de seguridad ademaacutes es posible realizar esto optimizando el uso de los recursos y la energiacutea eleacutectrica utilizada Como medida para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los gobiernan En la actualidad existen una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas disponibles que pueden ser utilizados y permiten obtener las prestaciones antes mencionadas tales como LonWorks Instabus EIB Hometronic etc Sin embargo se decidioacute trabajar con la tecnologiacutea de corrientes portadoras teniendo como base el Protocolo X-10 El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como medio de automatizacioacuten de la vivienda En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes asiacute como los sistemas que pueden ser utilizados y las caracteriacutesticas principales de estos En el tercer capiacutetulo se especifica el sistema que se pretende desarrollar y se plantea la propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componente principales como son el moacutedulo transmisor y receptor del sistema domoacutetico En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas las cuales verifican su correcto funcionamiento El objetivo principal del presente trabajo de investigacioacuten es desarrollar un dispositivo transmisor y uno receptor con los cuales seraacute posible implementar un sistema domotico baacutesico que podraacute ser instalado en viviendas unifamiliares Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtuvo que el sistema implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar la vivienda
Quiero agradecer a mis padres por el apoyo y la
confianza que depositaron en miacute y a todas las
personas que creyeron en miacute y cuya motivacioacuten y
aliento me impulsaron a culminar la tesis
IacuteNDICE
INTRODUCCIOacuteN I CAPIacuteTULO 1 LA DOMOTICA COMO MEDIO DE AUTOMATIZACION DE LA
VIVIENDA 11 La domoacutetica 1 111 Definicioacuten de la domoacutetica 1 112 Prestaciones de un sistema domoacutetico 2 113 Elementos que componen un sistema domoacutetico 3 12 Variables externas 3 13 Variables internas 4 14 Marco problemaacutetico 5 CAPIacuteTULO 2 SISTEMAS DOMOTICOS Y TECNOLOGIacuteA UTILIZADA 21 Estado del arte 7 211 Sistemas por cable dedicado 8 2111 Instabus EIB 8 2112 Lonworks 10 21121 Funcionamiento de Lonworks 10 212 Sistemas por radiofrecuencia 12 2121 Hometronic 12 213 Sistemas por corriente portadora 13 2131 Protocolo X-10 13 2132 Funcionamiento del Protocolo X-10 14 2133 Moacutedulos X-10 17 2134 Dispositivos X-10 18 CAPIacuteTULO 3 ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y DISENtildeO DEL
TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar 20 32 Planteamiento del Sistema 21 33 Protocolo de Comunicacioacuten 21 34 Disentildeo de los Moacutedulos 26 341 Modulo Transmisor-Centro de Control 26 3411 Descripcioacuten 26 3412 Funcionamiento 26 3413 Etapas 28 342 Modulo Receptor-Actuador 36 3421 Descripcioacuten 36 3422 Funcionamiento 36 3423 Etapas 38 35 Objetivos 45 351 Objetivo General 45 352 Objetivos Especiacuteficos 45
CAPIacuteTULO 4 PRUEBAS FINALES Y VERIFICACIOacuteN DEL FUNCIONAMIENTO
41 Instrumentos utilizados 46 411 Software 46 412 Hardware 46 42 Pruebas Realizadas 47 CONCLUSIONES 57
RECOMENDACIONES 59
FUENTES 61
ANEXOS
Anexo Ndeg1 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Transmisor 63 Anexo Ndeg2 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Receptor 69 Anexo Ndeg3 Lista de componentes del Modulo Transmisor 76 Anexo Ndeg4 Lista de componentes del Modulo Receptor 77
I
INTRODUCCIOacuteN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo principal brindar confort a las
personas un mayor nivel de seguridad y ademaacutes es posible optimizar el uso de la
energiacutea eleacutectrica utilizada Para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de
control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos
eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los
gobiernan Una manera de automatizar la vivienda es implementar un sistema
domoacutetico
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota La domoacutetica permite controlar dispositivos en el
lugar y tiempo deseado esto es posible gracias a la facilidad de programacioacuten y de
interconexioacuten que dispone El desarrollar la domoacutetica tiene como finalidad integrar
en una unidad centralizada todos los sistemas de control de la vivienda de manera
que la interaccioacuten entre ellos de lugar a una mayor eficiencia en el uso de los
recursos
Existe una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas que pueden ser utilizados y
permiten lograr las caracteriacutesticas antes mencionadas tales como LonWorks
Instabus EIB Hometronic etc
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
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Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
RESUMEN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo fundamental el brindar confort a las personas y un mayor nivel de seguridad ademaacutes es posible realizar esto optimizando el uso de los recursos y la energiacutea eleacutectrica utilizada Como medida para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los gobiernan En la actualidad existen una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas disponibles que pueden ser utilizados y permiten obtener las prestaciones antes mencionadas tales como LonWorks Instabus EIB Hometronic etc Sin embargo se decidioacute trabajar con la tecnologiacutea de corrientes portadoras teniendo como base el Protocolo X-10 El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como medio de automatizacioacuten de la vivienda En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes asiacute como los sistemas que pueden ser utilizados y las caracteriacutesticas principales de estos En el tercer capiacutetulo se especifica el sistema que se pretende desarrollar y se plantea la propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componente principales como son el moacutedulo transmisor y receptor del sistema domoacutetico En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas las cuales verifican su correcto funcionamiento El objetivo principal del presente trabajo de investigacioacuten es desarrollar un dispositivo transmisor y uno receptor con los cuales seraacute posible implementar un sistema domotico baacutesico que podraacute ser instalado en viviendas unifamiliares Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtuvo que el sistema implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar la vivienda
Quiero agradecer a mis padres por el apoyo y la
confianza que depositaron en miacute y a todas las
personas que creyeron en miacute y cuya motivacioacuten y
aliento me impulsaron a culminar la tesis
IacuteNDICE
INTRODUCCIOacuteN I CAPIacuteTULO 1 LA DOMOTICA COMO MEDIO DE AUTOMATIZACION DE LA
VIVIENDA 11 La domoacutetica 1 111 Definicioacuten de la domoacutetica 1 112 Prestaciones de un sistema domoacutetico 2 113 Elementos que componen un sistema domoacutetico 3 12 Variables externas 3 13 Variables internas 4 14 Marco problemaacutetico 5 CAPIacuteTULO 2 SISTEMAS DOMOTICOS Y TECNOLOGIacuteA UTILIZADA 21 Estado del arte 7 211 Sistemas por cable dedicado 8 2111 Instabus EIB 8 2112 Lonworks 10 21121 Funcionamiento de Lonworks 10 212 Sistemas por radiofrecuencia 12 2121 Hometronic 12 213 Sistemas por corriente portadora 13 2131 Protocolo X-10 13 2132 Funcionamiento del Protocolo X-10 14 2133 Moacutedulos X-10 17 2134 Dispositivos X-10 18 CAPIacuteTULO 3 ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y DISENtildeO DEL
TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar 20 32 Planteamiento del Sistema 21 33 Protocolo de Comunicacioacuten 21 34 Disentildeo de los Moacutedulos 26 341 Modulo Transmisor-Centro de Control 26 3411 Descripcioacuten 26 3412 Funcionamiento 26 3413 Etapas 28 342 Modulo Receptor-Actuador 36 3421 Descripcioacuten 36 3422 Funcionamiento 36 3423 Etapas 38 35 Objetivos 45 351 Objetivo General 45 352 Objetivos Especiacuteficos 45
CAPIacuteTULO 4 PRUEBAS FINALES Y VERIFICACIOacuteN DEL FUNCIONAMIENTO
41 Instrumentos utilizados 46 411 Software 46 412 Hardware 46 42 Pruebas Realizadas 47 CONCLUSIONES 57
RECOMENDACIONES 59
FUENTES 61
ANEXOS
Anexo Ndeg1 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Transmisor 63 Anexo Ndeg2 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Receptor 69 Anexo Ndeg3 Lista de componentes del Modulo Transmisor 76 Anexo Ndeg4 Lista de componentes del Modulo Receptor 77
I
INTRODUCCIOacuteN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo principal brindar confort a las
personas un mayor nivel de seguridad y ademaacutes es posible optimizar el uso de la
energiacutea eleacutectrica utilizada Para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de
control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos
eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los
gobiernan Una manera de automatizar la vivienda es implementar un sistema
domoacutetico
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota La domoacutetica permite controlar dispositivos en el
lugar y tiempo deseado esto es posible gracias a la facilidad de programacioacuten y de
interconexioacuten que dispone El desarrollar la domoacutetica tiene como finalidad integrar
en una unidad centralizada todos los sistemas de control de la vivienda de manera
que la interaccioacuten entre ellos de lugar a una mayor eficiencia en el uso de los
recursos
Existe una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas que pueden ser utilizados y
permiten lograr las caracteriacutesticas antes mencionadas tales como LonWorks
Instabus EIB Hometronic etc
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
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4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
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1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
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15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
Quiero agradecer a mis padres por el apoyo y la
confianza que depositaron en miacute y a todas las
personas que creyeron en miacute y cuya motivacioacuten y
aliento me impulsaron a culminar la tesis
IacuteNDICE
INTRODUCCIOacuteN I CAPIacuteTULO 1 LA DOMOTICA COMO MEDIO DE AUTOMATIZACION DE LA
VIVIENDA 11 La domoacutetica 1 111 Definicioacuten de la domoacutetica 1 112 Prestaciones de un sistema domoacutetico 2 113 Elementos que componen un sistema domoacutetico 3 12 Variables externas 3 13 Variables internas 4 14 Marco problemaacutetico 5 CAPIacuteTULO 2 SISTEMAS DOMOTICOS Y TECNOLOGIacuteA UTILIZADA 21 Estado del arte 7 211 Sistemas por cable dedicado 8 2111 Instabus EIB 8 2112 Lonworks 10 21121 Funcionamiento de Lonworks 10 212 Sistemas por radiofrecuencia 12 2121 Hometronic 12 213 Sistemas por corriente portadora 13 2131 Protocolo X-10 13 2132 Funcionamiento del Protocolo X-10 14 2133 Moacutedulos X-10 17 2134 Dispositivos X-10 18 CAPIacuteTULO 3 ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y DISENtildeO DEL
TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar 20 32 Planteamiento del Sistema 21 33 Protocolo de Comunicacioacuten 21 34 Disentildeo de los Moacutedulos 26 341 Modulo Transmisor-Centro de Control 26 3411 Descripcioacuten 26 3412 Funcionamiento 26 3413 Etapas 28 342 Modulo Receptor-Actuador 36 3421 Descripcioacuten 36 3422 Funcionamiento 36 3423 Etapas 38 35 Objetivos 45 351 Objetivo General 45 352 Objetivos Especiacuteficos 45
CAPIacuteTULO 4 PRUEBAS FINALES Y VERIFICACIOacuteN DEL FUNCIONAMIENTO
41 Instrumentos utilizados 46 411 Software 46 412 Hardware 46 42 Pruebas Realizadas 47 CONCLUSIONES 57
RECOMENDACIONES 59
FUENTES 61
ANEXOS
Anexo Ndeg1 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Transmisor 63 Anexo Ndeg2 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Receptor 69 Anexo Ndeg3 Lista de componentes del Modulo Transmisor 76 Anexo Ndeg4 Lista de componentes del Modulo Receptor 77
I
INTRODUCCIOacuteN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo principal brindar confort a las
personas un mayor nivel de seguridad y ademaacutes es posible optimizar el uso de la
energiacutea eleacutectrica utilizada Para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de
control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos
eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los
gobiernan Una manera de automatizar la vivienda es implementar un sistema
domoacutetico
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota La domoacutetica permite controlar dispositivos en el
lugar y tiempo deseado esto es posible gracias a la facilidad de programacioacuten y de
interconexioacuten que dispone El desarrollar la domoacutetica tiene como finalidad integrar
en una unidad centralizada todos los sistemas de control de la vivienda de manera
que la interaccioacuten entre ellos de lugar a una mayor eficiencia en el uso de los
recursos
Existe una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas que pueden ser utilizados y
permiten lograr las caracteriacutesticas antes mencionadas tales como LonWorks
Instabus EIB Hometronic etc
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
IacuteNDICE
INTRODUCCIOacuteN I CAPIacuteTULO 1 LA DOMOTICA COMO MEDIO DE AUTOMATIZACION DE LA
VIVIENDA 11 La domoacutetica 1 111 Definicioacuten de la domoacutetica 1 112 Prestaciones de un sistema domoacutetico 2 113 Elementos que componen un sistema domoacutetico 3 12 Variables externas 3 13 Variables internas 4 14 Marco problemaacutetico 5 CAPIacuteTULO 2 SISTEMAS DOMOTICOS Y TECNOLOGIacuteA UTILIZADA 21 Estado del arte 7 211 Sistemas por cable dedicado 8 2111 Instabus EIB 8 2112 Lonworks 10 21121 Funcionamiento de Lonworks 10 212 Sistemas por radiofrecuencia 12 2121 Hometronic 12 213 Sistemas por corriente portadora 13 2131 Protocolo X-10 13 2132 Funcionamiento del Protocolo X-10 14 2133 Moacutedulos X-10 17 2134 Dispositivos X-10 18 CAPIacuteTULO 3 ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y DISENtildeO DEL
TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar 20 32 Planteamiento del Sistema 21 33 Protocolo de Comunicacioacuten 21 34 Disentildeo de los Moacutedulos 26 341 Modulo Transmisor-Centro de Control 26 3411 Descripcioacuten 26 3412 Funcionamiento 26 3413 Etapas 28 342 Modulo Receptor-Actuador 36 3421 Descripcioacuten 36 3422 Funcionamiento 36 3423 Etapas 38 35 Objetivos 45 351 Objetivo General 45 352 Objetivos Especiacuteficos 45
CAPIacuteTULO 4 PRUEBAS FINALES Y VERIFICACIOacuteN DEL FUNCIONAMIENTO
41 Instrumentos utilizados 46 411 Software 46 412 Hardware 46 42 Pruebas Realizadas 47 CONCLUSIONES 57
RECOMENDACIONES 59
FUENTES 61
ANEXOS
Anexo Ndeg1 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Transmisor 63 Anexo Ndeg2 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Receptor 69 Anexo Ndeg3 Lista de componentes del Modulo Transmisor 76 Anexo Ndeg4 Lista de componentes del Modulo Receptor 77
I
INTRODUCCIOacuteN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo principal brindar confort a las
personas un mayor nivel de seguridad y ademaacutes es posible optimizar el uso de la
energiacutea eleacutectrica utilizada Para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de
control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos
eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los
gobiernan Una manera de automatizar la vivienda es implementar un sistema
domoacutetico
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota La domoacutetica permite controlar dispositivos en el
lugar y tiempo deseado esto es posible gracias a la facilidad de programacioacuten y de
interconexioacuten que dispone El desarrollar la domoacutetica tiene como finalidad integrar
en una unidad centralizada todos los sistemas de control de la vivienda de manera
que la interaccioacuten entre ellos de lugar a una mayor eficiencia en el uso de los
recursos
Existe una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas que pueden ser utilizados y
permiten lograr las caracteriacutesticas antes mencionadas tales como LonWorks
Instabus EIB Hometronic etc
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
CAPIacuteTULO 4 PRUEBAS FINALES Y VERIFICACIOacuteN DEL FUNCIONAMIENTO
41 Instrumentos utilizados 46 411 Software 46 412 Hardware 46 42 Pruebas Realizadas 47 CONCLUSIONES 57
RECOMENDACIONES 59
FUENTES 61
ANEXOS
Anexo Ndeg1 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Transmisor 63 Anexo Ndeg2 Coacutedigo de programa del ATMEGA8 del Modulo Receptor 69 Anexo Ndeg3 Lista de componentes del Modulo Transmisor 76 Anexo Ndeg4 Lista de componentes del Modulo Receptor 77
I
INTRODUCCIOacuteN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo principal brindar confort a las
personas un mayor nivel de seguridad y ademaacutes es posible optimizar el uso de la
energiacutea eleacutectrica utilizada Para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de
control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos
eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los
gobiernan Una manera de automatizar la vivienda es implementar un sistema
domoacutetico
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota La domoacutetica permite controlar dispositivos en el
lugar y tiempo deseado esto es posible gracias a la facilidad de programacioacuten y de
interconexioacuten que dispone El desarrollar la domoacutetica tiene como finalidad integrar
en una unidad centralizada todos los sistemas de control de la vivienda de manera
que la interaccioacuten entre ellos de lugar a una mayor eficiencia en el uso de los
recursos
Existe una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas que pueden ser utilizados y
permiten lograr las caracteriacutesticas antes mencionadas tales como LonWorks
Instabus EIB Hometronic etc
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
I
INTRODUCCIOacuteN
La automatizacioacuten de la vivienda tiene como objetivo principal brindar confort a las
personas un mayor nivel de seguridad y ademaacutes es posible optimizar el uso de la
energiacutea eleacutectrica utilizada Para lograr esto es necesario desarrollar un sistema de
control automatizado de la vivienda que se encargue de controlar los dispositivos
eleacutectricos y electroacutenicos instalados en ella asiacute como los sistemas que los
gobiernan Una manera de automatizar la vivienda es implementar un sistema
domoacutetico
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota La domoacutetica permite controlar dispositivos en el
lugar y tiempo deseado esto es posible gracias a la facilidad de programacioacuten y de
interconexioacuten que dispone El desarrollar la domoacutetica tiene como finalidad integrar
en una unidad centralizada todos los sistemas de control de la vivienda de manera
que la interaccioacuten entre ellos de lugar a una mayor eficiencia en el uso de los
recursos
Existe una gran variedad de sistemas y tecnologiacuteas que pueden ser utilizados y
permiten lograr las caracteriacutesticas antes mencionadas tales como LonWorks
Instabus EIB Hometronic etc
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
II
Aun con todos los beneficios que la automatizacioacuten de la vivienda posee no se ha
tenido la difusioacuten esperada Esto se debe principalmente a la desinformacioacuten por
parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes y a sus aplicaciones praacutecticas
Ademaacutes el elevado costo de adquisicioacuten e instalacioacuten es otro factor apremiante
El objetivo principal de la tesis es desarrollar un dispositivo transmisor y receptor
con los cuales seraacute posible implementar un sistema domoacutetico baacutesico que podraacute ser
instalado en viviendas unifamiliares
El presente trabajo de tesis esta desarrollado en cuatro capiacutetulos En el primer
capiacutetulo se plantea el concepto de domoacutetica y la posibilidad de utilizarla como
medio de automatizacioacuten de la vivienda Ademaacutes se analiza el marco problemaacutetico
existente y los factores maacutes apremiantes
En el segundo capiacutetulo se muestra el estado actual de las tecnologiacuteas existentes
sobre automatizacioacuten de la vivienda Tambieacuten se ahonda en los sistemas domoacuteticos
mas utilizados y en sus caracteriacutesticas principales las cuales seraacuten tomadas en
cuenta para determinar la tecnologiacutea a utilizar
En el tercer capiacutetulo se realizan las especificaciones y caracteriacutesticas del sistema
que se pretende desarrollar y la tecnologiacutea que se utilizaraacute Ademaacutes se plantea la
propuesta de disentildeo y desarrollo de sus componentes principales el moacutedulo
transmisor y el moacutedulo receptor
En el cuarto capiacutetulo se evaluacutea el sistema domoacutetico propuesto realizando pruebas
a los moacutedulos disentildeados Se analiza el resultado de la pruebas para concluir si el
sistema funciona adecuadamente
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
III
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo basado
en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede ser utilizada
para implementar un sistema domoacutetico que permita automatizar una vivienda
unifamiliar
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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62
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12 Romero M A
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15 Suacuteper inventos
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16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
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H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
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ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
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Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
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vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
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RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
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Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
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Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
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H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
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ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
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ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
1
CAPIacuteTULO 1
LA DOMOTICA COMO MEDIO PARA AUTOMATIZAR DE LA VIVIENDA
11 La domoacutetica
111 Definicioacuten de la domoacutetica
Cuando se habla de domoacutetica se debe de pensar en el concepto de control
integrado de dispositivos eleacutectricos y electroacutenicos instalados en la vivienda tanto de
forma presencial como remota
De acuerdo con Domoacutetica Viva (2008) y Jimeacutenez (2002) la domoacutetica
permite controlar dispositivos en el lugar y tiempo deseado esto es posible gracias
a la facilidad de programacioacuten y de interconexioacuten que dispone Tambieacuten es posible
acceder a ellos de forma remota utilizando un mando a distancia realizando una
llamada telefoacutenica o celular o por medio de una conexioacuten a Internet El desarrollar la
domoacutetica tiene como finalidad integrar en una unidad centralizada todos los
sistemas de control de la vivienda de manera que la interaccioacuten entre ellos de lugar
a una mayor eficiencia en el uso de los recursos
A la domoacutetica tambieacuten se le asocia el concepto de hogar digital del cual se
entiende desde control de los electrodomeacutesticos hasta la conexioacuten de servicios
multimedia y de comunicaciones disponibles en todos los ambientes del hogar El
sistema de seguridad del hogar tambieacuten puede ser integrado al sistema domoacutetico
2
por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
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De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
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Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
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vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
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RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
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Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
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Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
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H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
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ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
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ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
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por lo que seriacutea el encargado de velar por el bienestar de sus habitantes Otro
aspecto importante es la capacidad de controlar sistemas complejos que se
encargan de la proteccioacuten contra fugas de agua gas concentraciones dantildeinas de
emisiones naturales de gases o artificiales deteccioacuten de humo y fuego seguridad
contra intrusos tele-asistencia control de calefaccioacuten sistemas de televisioacuten etc
De esta manera un sistema domoacutetico puede crecer indefinidamente integrando
sistemas especializados y disentildeados para cumplir una funcioacuten especiacutefica
En cualquier caso debemos tener claro que la domoacutetica significa comodidad
y seguridad Ademaacutes aprovechando la domoacutetica de manera eficiente es posible
optimizar el uso de la energiacutea eleacutectrica utilizada
112 Prestaciones de un sistema domoacutetico
Confort Se podraacute controlar los dispositivos desde sus propios interruptores
o de preferir mayor comodidad es posible utilizar mandos a distancia para
controlar luces persianas o electrodomeacutesticos desde un mismo sitio Seguacuten
el tipo de mando a usar se lo podraacute configurar de manera que uno solo
controle tanto el sistema de encendido y apagado como la regulacioacuten de la
intensidad de luz o potencia suministrada a una carga por lo que no habriacutea
necesidad de cambiar de mando para acceder a las distintas funciones
Seguridad La utilizacioacuten de sensores contra intrusos de movimiento de
temperatura fuga de agua entre otros permite tener un conocimiento global
del estado de la vivienda Ademaacutes de ser necesario seriacutea posible contactar
a una central de alarmas o comunicarse con teleacutefonos programados en caso
de producirse alguna irregularidad
Ahorro Energeacutetico De manera conjunta con el uso de sensores es posible
adecuar y programar el sistema de tal manera que se logre esto Por
ejemplo se puede dar el caso que ante la presencia de una persona a
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
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siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
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En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
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Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
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CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
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para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
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Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
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datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
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Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
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Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
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Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
3
determinadas horas se accione el funcionamiento de alguacuten dispositivo se
regule la intensidad de luz a un nivel conveniente o se contacte con alguacuten
numero de emergencia previamente determinado
113 Elementos que componen un sistema domoacutetico
Controladores Permiten actuar sobre el sistema bien de forma automaacutetica
o por una decisioacuten tomada por centrales previamente programadas (puede
ser un PC) pulsadores teclados pantallas taacutectiles o no mandos a
distancia por infrarrojos IR (locales) por radiofrecuencia RF (hasta 50
metros) por teleacutefono SMS o por PC (de forma local e incluso a traveacutes de
Internet) Estos elementos emiten oacuterdenes que necesitan un medio de
transmisioacuten
Medio de transmisioacuten Seguacuten la tecnologiacutea a utilizar existen distintos medios
tales como fibra oacuteptica bus dedicado red eleacutectrica liacutenea telefoacutenica
TCPIP por el aire
Actuadores Reciben las oacuterdenes y las transforman en sentildeales de aviso
regulacioacuten o conmutacioacuten Ejercen acciones sobre los elementos a controlar
en el hogar
Sensores Son los encargados de realizar la adquisicioacuten de datos del
sistema Estos pueden ser sofisticados o simples lo importante es que el
sistema se encuentre en la capacidad de interpretarlos Estos datos pueden
ser oacuterdenes directas a los actuadotes o sentildeales que se transmitiraacuten a un
centro de control para su procesamiento desde donde se enviaraacute la orden
final al actuador correspondiente
12 Variables Externas
Conforme al texto de Ablondi (2006) en la actualidad existen diversos
sistemas encargados de automatizar las viviendas sin embargo estos no estaacuten
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
4
siendo utilizando por la mayor parte de la sociedad Esto se debe principalmente a
dos motivos
La falta de conocimiento sobre el tema
Gran parte de la poblacioacuten tiene poco o ninguacuten tipo de conocimiento sobre
las tecnologiacuteas existentes y las aplicaciones que pueden tener Asiacute mismo
no tienen conocimiento de la gama de beneficios que recibiriacutean
Gasto excesivo que la instalacioacuten implica
La adquisicioacuten de los sistemas existentes tiene un costo elevado que la
mayoriacutea de las personas no puede costear no cuentan con la capacidad
econoacutemica para adquirir estos sistemas lo cual limita su uso
Debido a la complejidad de estos sistemas comuacutenmente se requiere de
personal calificado para realizar la instalacioacuten en el hogar Auacuten con la existencia de
productos que motiven a las personas a realizar la instalacioacuten como un pasatiempo
no se ha producido un avance significativo esto se debe a que muchas personas
no disponen de tiempo o la capacidad necesaria para cumplir con esta tarea por lo
que es preciso encontrar un nuevo medio para brindar este servicio
13 Variables Internas
La instalacioacuten de un sistema domoacutetico en una vivienda debe tomar en
cuenta las caracteriacutesticas propias que la vivienda pueda presentar De acuerdo a
las especificaciones requeridas se deberaacute elegir la mejor alternativa que resuelva
sus deficiencias de manera efectiva
La disposicioacuten de los ambientes la cantidad de dispositivos que se desea
controlar el presupuesto disponible que sistemas se desea instalar etc son
algunas de las consideraciones a tomar en cuenta
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
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1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
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Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
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10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
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12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
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14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
5
En una vivienda unifamiliar comuacuten que es donde se planea instalar el
sistema domoacutetico se identificaron ciertos problemas
Generacioacuten de ruido en la liacutenea eleacutectrica Un electrodomeacutestico que funciona
con motores (por ejemplo secadores de cabello maacutequinas de ejercicio
aspiradoras etc) o un dispositivo electroacutenico avanzado (por ejemplo las
fuentes de alimentacioacuten conmutadas de computadoras portaacutetiles televisores
de pantalla grande etc) son generadores de ruido
Atenuacioacuten excesiva de sentildeales entre dos conductores vivos de una red
trifaacutesica Las sentildeales de un transmisor en un conductor vivo se propaga
inadecuadamente debido a la alta impedancia del transformador de
distribucioacuten La trayectoria es poco confiable e impide que las sentildeales se
propaguen de una fase a otra
Atenuacioacuten de la sentildeal debido a dispositivos conectados en la red eleacutectrica
Esto significa que las sentildeales que pasan por estos dispositivos carecen de
la suficiente fuerza como para proporcionar una comunicacioacuten confiable
14 Marco problemaacutetico
La automatizacioacuten de la vivienda no ha tenido la difusioacuten esperada debido a
la desinformacioacuten por parte de la sociedad sobre las tecnologiacuteas existentes tales
como los sistemas por cable dedicado de corrientes portadoras y medios
inalaacutembricos (RADIOFRECUENCIA) y a sus aplicaciones praacutecticas las cuales
pueden adecuarse a sus necesidades baacutesicas y mejorar considerablemente el
confort que las personas pueden disponer
Por otra parte aquellas personas que estaacuten enteradas e interesadas en
adquirir estos sistemas no se encuentran en la capacidad para solventar los gastos
que esto implica y debido a la complejidad que la instalacioacuten requiere es necesaria
la presencia de personal capacitado lo cual eleva mas aun los costos
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
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Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
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Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
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Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
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En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
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Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
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Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
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La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
6
Los hogares en la actualidad disponen de una red trifaacutesica distribuida en toda
la vivienda a la cual se interconectan todos los dispositivos eleacutectricos los cuales
pueden estar instalados en fases diferentes lo que presenta dificultades en la
comunicacioacuten Ademaacutes algunos de estos dispositivos por ejemplo las
computadoras personales secadoras de cabello etc generan ruido en la red
eleacutectrica lo que distorsiona las sentildeales existentes Otro punto para tomar en cuenta
es la atenuacioacuten que sufren las sentildeales al transitar por ciertos dispositivos
instalados como por ejemplo interruptores termo-magneacuteticos
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
7
CAPIacuteTULO 2
SISTEMAS DOMOTICOS
21 Estado del Arte
Existen diversos tipos de sistemas domoacuteticos los cuales se encargan de la
automatizacioacuten de la vivienda sin embargo se basan en tecnologiacuteas
completamente diferentes La gran diferencia entre estos es el medio de
comunicacioacuten que utilizan
Los sistemas comuacutenmente usados utilizan un medio fiacutesico para realizar la
comunicacioacuten entre sus dispositivos lo cual requiere una planificacioacuten previa de la
infraestructura en donde se planea implementar Tambieacuten se tienen sistemas que
hacen uso de la banda de radiofrecuencias aunque no requieren cableado alguno
presentan como desventaja un limitado alcance y ademaacutes son susceptibles a
interferencias Los sistemas que trabajan con corrientes portadoras emplean las
liacuteneas eleacutectricas para realizar la transmisioacuten de informacioacuten (CasaIP 2008)
A continuacioacuten se detallan las caracteriacutesticas principales de estos
sistemas
211 Sistemas por cable dedicado
2111 Instabus EIB
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
8
De acuerdo con Jimeacutenez (2008) y UDEC (2008) el Instabus EIB es un
sistema descentralizado utilizado para el control de los dispositivos eleacutectricos y
electroacutenicos instalados en una vivienda mediante un bus de comunicacioacuten Es un
sistema de los llamados abiertos porque actualmente existen numerosas empresas
europeas (Asociacioacuten EIB) que han adoptado el mismo protocolo de
comunicaciones y por lo tanto es posible usar componentes de diferentes marcas
en una misma instalacioacuten
El Bus de Instalacioacuten Europeo (EIB) permite que todos los componentes
eleacutectricos de las instalaciones del edificio esteacuten interconectados entre siacute De esta
manera es posible que cualquier dispositivo controle a otro independientemente de
la distancia entre ellos y de su ubicacioacuten Es decir que todos los aparatos que
utilizan la energiacutea eleacutectrica en su funcionamiento quedan integrados en una sola
red tales como interruptores pulsadores motores electro vaacutelvulas contactores
sensores de cualquier tipo etc
El Bus es un par trenzado de cobre de 2x05mm2 que recorre toda la
vivienda y al cual se conectan los sensores y actuadores pertenecientes a las
instalaciones de iluminacioacuten calefaccioacuten aire acondicionado persianas cortinas
toldos alarmas informacioacuten etc
La red del EIB se encuentra estructurada de forma jeraacuterquica La unidad
maacutes pequentildea se denomina liacutenea a la cual se pueden conectar hasta 64
dispositivos Las liacuteneas se agrupan en aacutereas Un aacuterea se compone de una liacutenea
principal del cual cuelgan hasta 15 liacuteneas secundarias Esto suman hasta 960
dispositivos Cada una de las liacuteneas secundarias se conecta con la liacutenea principal
mediante un dispositivo llamado acoplador de liacutenea Puede haber hasta 15 aacutereas
unidas mediante una liacutenea principal lo que da la posibilidad de controlar hasta
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
9
14400 dispositivos en una misma instalacioacuten No es necesario un puesto de control
central ya que el sistema trabaja de forma descentralizada teniendo una estructura
lineal estrellada o ramificada siendo capaz de transmitirse comandos desde una
PC
Para este tipo de instalaciones es necesario tener en cuenta ciertos aspectos
La forma de la estructura de la instalacioacuten es completamente libre
Se debe disponer de una fuente de alimentacioacuten
La longitud de una liacutenea no debe superar los 1000 metros
La distancia entre la fuente de alimentacioacuten y un dispositivo debe ser menor
de 350 metros
La distancia maacutexima entre dispositivos no puede superar los 750 metros
La distancia miacutenima entre dos fuentes de alimentacioacuten dentro de una misma
liacutenea debe ser mayor de 200 metros
Es un sistema destinado fundamentalmente a obras de nueva construccioacuten
o de reforma pues para su instalacioacuten requiere una preinstalacioacuten a nivel de
canalizaciones y cajas de registro Ademaacutes es necesaria la utilizacioacuten de
herramientas de programacioacuten EIB resulta muy adecuado para edificios tiene la
flexibilidad necesaria para controlar grandes instalaciones como oficinas industrias
o edificios completos de todo tipo Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea
son Siemens y Jung
2112 Lonworks
Seguacuten Jimeacutenez (2008) en 1992 la compantildeiacutea Echelon presentoacute la
tecnologiacutea LonWorks la cual cubre desde el nivel fiacutesico hasta el nivel de aplicacioacuten
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
10
para cualquier proyecto de domoacutetica ofreciendo una arquitectura descentralizada
Desde entonces se ha venido implementando con eacutexito en edificios de oficinas
hoteles o industrias gracias a su gran robustez y fiabilidad pero debido a su alto
costo no ha logrado introducirse ampliamente en el mercado domeacutestico ya que en
la actualidad existen otras tecnologiacuteas mucho maacutes econoacutemicas que cuentan con
funciones y servicios similares
21121 Funcionamiento de LonWorks
Todos los dispositivos LonWorks estaacuten basados en el microcontrolador
Neuron Chip Tanto el chip como la programacioacuten del mismo la cual se implementa
bajo el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en 1990
El Neuron Chip tiene un identificador uacutenico el Neuron ID que permite
direccionar cualquier dispositivo dentro de una red de control LonWorks Este
identificador con una longitud de 48 bits se graba en la memoria EEPROM durante
la fabricacioacuten del circuito
La tecnologiacutea LonWorks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado cable
coaxial par trenzado corrientes portadoras fibra oacuteptica e incluso radio frecuencia
El transmisor-receptor se encarga de adaptar las sentildeales del Neuron Chip a los
niveles que necesita cada medio fiacutesico
Dentro de cada Neuron Chip se encuentra un sistema operativo que ejecuta
y planifica la aplicacioacuten distribuida ademaacutes de manejar las estructuras de datos que
se intercambian los dispositivos mediante el protocolo LonTalk el cual proporciona
servicios de transporte y direccionamiento
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
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2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
11
Los dispositivos LonWorks se comunican entre siacute a traveacutes de mensajes de
hasta 229 bytes generados por cada Neuron Chip que contienen la direccioacuten
destino informacioacuten para el encaminamiento datos de control y de la aplicacioacuten
ademaacutes de un coacutedigo de deteccioacuten de errores
Los mensajes pueden ser de dos tipos expliacutecitos y variables de red Los
primeros son la forma maacutes sencilla de intercambiar datos entre Neuron Chips del
mismo segmento mientras que las variables de red aunque menos flexibles
proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automaacutetico de datos
distribuidos en un segmento
La preinstalacioacuten consiste en preparar la instalacioacuten de los elementos que
llegaraacuten a conformar el sistema definitivo siguiendo las preferencias de cada cliente
Los elementos fiacutesicos que integran la preinstalacioacuten son los siguientes
Cajas de empalme de empotrar que albergan los moacutedulos de control
Caja de distribucioacuten de empotrar que alberga los moacutedulos de mando
Bus de comunicaciones que une todas las cajas de empalme
Tubos para detectores de presencia agua humos fuego
Los principales fabricantes de esta tecnologiacutea son Isde BJC y Simon
212 Sistemas por radiofrecuencia
2121 Hometronic
Seguacuten CasaIP (2008) el sistema Hometronic de Honeywell destaca por su
facilidad de instalacioacuten (y de expansioacuten a futuras ampliaciones) al ser un sistema
modular y viacutea radio (sin cables) Eacutesta caracteriacutestica facilita su preinstalacioacuten en obra
al eliminar las canalizaciones necesarias en otros sistemas
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
12
Ademaacutes su cuidada esteacutetica y su relacioacuten calidad-precio lo convierten en
una de las opciones maacutes empleadas en viviendas construidas en las que no es
posible acometer ninguacuten tipo de obra
Al ser Hometronic un desarrollo de Honeywell se destaca tambieacuten por su
completo control sobre la calefaccioacuten de una vivienda al disponer sistemas
especiacuteficos para sistemas por suelo radiante o por radiadores En este sentido
dispone de termostatos electroacutenicos regulables individuales por radiador que nos
permiten seleccionar la temperatura deseada en cada estancia donde los
ubiquemos
Respecto a su fiabilidad de transmisioacuten su tecnologiacutea de radio ha sido
probada de acuerdo con ETS y opera en la fiable banda ISM entre 43305 y 43479
MHz y la 868 MHz En cuanto a su desarrollo se han tomado las medidas
necesarias para evitar interferencias de transmisores externos El transmisor de
cada componente Hometronic tiene su propio nuacutemero de serie Despueacutes del
proceso de ensentildeanza (la asignacioacuten que se produce como parte del arranque)
este nuacutemero de serie se convierte en parte del protocolo de transmisioacuten Esto
garantiza que cada moacutedulo receptor soacutelo reacciona al moacutedulo transmisor que tiene
asignado y realiza correctamente la instruccioacuten Por lo tanto es posible operar sin
ninguacuten problema distintos sistemas Hometronic en todas las viviendas de un
mismo edificio
Esta tecnologiacutea tambieacuten garantiza que sentildeales extrantildeas no sean
interpretadas como comandos de conmutacioacuten Su tecnologiacutea de radio tambieacuten estaacute
totalmente preparada para el caso maacutes desfavorable en que un dispositivo extrantildeo
transmite permanente-mente en la misma frecuencia perturbando la transmisioacuten de
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
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ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
13
datos de Hometronic Su tecnologiacutea transmite en frecuencias individuales dentro de
la banda ISM y por lo tanto casi siempre encuentra una forma de transferir los
datos con fiabilidad Por uacuteltimo la interferencia intencionada de frecuencias en el
sistema Hometronic es casi imposible porque las transmisiones estaacuten en el orden
de milisegundos de duracioacuten y son escalonadas
213 Sistemas por corriente portadora
2131 Protocolo X10
Seguacuten Domoacutetica Viva (2008) los sistemas enmarcados dentro de los
denominados por corriente portadora utilizan la propia instalacioacuten eleacutectrica de una
vivienda para comunicar a los dispositivos instalados Es decir no es necesaria la
instalacioacuten de cableado adicional
La red eleacutectrica de una vivienda proviene de una uacutenica toma antes del
tablero general luego todos los dispositivos eleacutectricos que en ella conviven estaacuten
comunicados entre siacute
El protocolo X10 es uno de los primeros estaacutendares creados bajo esta
tecnologiacutea Su comercializacioacuten es completamente modular al estar compuesto
mediante moacutedulos de carril DIN para instalar en cuadros eleacutectricos o en cajas de
registro moacutedulos de enchufe (plug amp play) para iacutenter posicionar entre la toma de
enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y por uacuteltimo moacutedulos en
formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores
convencionales
2132 Funcionamiento del Protocolo X-10
El sistema X-10 utiliza la sentildeal sinusoidal de la red eleacutectrica para transportar
la informacioacuten La teacutecnica se denomina corrientes portadoras (Power Line Carrier)rdquo
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
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Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
14
El protocolo de modulacioacuten X-10 se basa en normas las cuales siguen
todos los fabricantes de productos X-10 con el fin de lograr una estandarizacioacuten del
producto de este manera los productos fabricados por los distintos fabricantes son
compatibles e intercambiables entre si Entre los fabricantes maacutes conocidos
podemos citar Leviton Manufacturing Co General Electric CampK Systems
Honeywell Busch Jaeger Ademco DSC IBM
Para modular la sentildeal de 50 Hz en Europa y 60Hz en Ameacuterica el transmisor
utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la sentildeal senoidal
Se puede insertar la sentildeal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de
la onda senoidal La codificacioacuten de un bit 1 o de un bit 0 depende de coacutemo se
inyecte esta sentildeal en los dos semiciclos Un 1 binario se representa por un pulso de
120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese
pulso de 120 KHz En un sistema trifaacutesico el pulso de 1 milisegundo se transmite
con el paso cero para cada una de las tres fases Por lo tanto el Tiempo de Bit
coincide con los 20 mseg que dura el ciclo de la sentildeal de forma que la velocidad
binaria viene impuesta por la frecuencia de la red eleacutectrica En Ameacuterica seriacutea de 60
bps y en Europa de 50bps
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
Fig 1 Sentildeal X-10 en la Red Eleacutectrica (Burroughs 2002)
La transmisioacuten completa de una orden X-10 necesita once ciclos de
corriente alterna Esta trama se divide en tres campos de informacioacuten los dos
primeros representan el coacutedigo de inicio los cuatro siguiente el coacutedigo de casa
(Letras A - P) y los cinco uacuteltimos coacutedigo numeacuterico (1 - 16) o bien el coacutedigo funcioacuten
(encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
Tabla 1 Coacutedigo de Casa del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
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1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
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Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
16
Tabla 2 Coacutedigo de Unidad y Funcioacuten del Protocolo X-10 (Burroughs 2002)
Para aumentar la fiabilidad del sistema esta trama (Coacutedigo de Inicio Coacutedigo
de Casa y Coacutedigo de Funcioacuten o Numeacuterico) se transmite siempre dos veces
separaacutendolas por tres ciclos completos de corriente Hay una excepcioacuten en
funciones de regulacioacuten de intensidad se transmiten de forma continuada (por lo
menos dos veces) sin separacioacuten entre tramas
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
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15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
17
Fig 2 Trama de informacioacuten del Protocolo X-10
2133 Moacutedulos X-10
Actuadores
Moacutedulos de Aparato o de Potencia Para el encendidoapagado de
equipos
Moacutedulos de Iluminacioacuten Para el control de luces con variacioacuten de su
intensidad de iluminacioacuten (dimmer)
Moacutedulos de Persiana Para regular el movimiento de persianas
cortinas toldos vaacutelvulas motorizadas con movimiento en dos
direcciones
Sensores
Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10
Detectores de humo y fuego detectores de rotura de cristal de
apertura de puertas y ventana de fuga de gas y agua termostatos
convencionales
Sensor de presencia X-10 por RF con sensibilidad de luz
Controladores
Mini programador Programacioacuten horaria simulacioacuten de presencia
teclado
Mandos a distancia multimedia por RF Domoacutetica + Mando universal
Mandos RF de X-10
Programador PC + Software Active Home Macros programacioacuten
horaria simulacioacuten de presencia
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
18
Los equipos X-10 poseen dos ruedas las cuales son utilizadas para la
configuracioacuten en la red eleacutectrica la primera es de color rojo esta representa el
coacutedigo de la casa y esta identificada con las letras de la ldquoArdquo a la ldquoPrdquo y la segunda
marcada de color negro representa el nuacutemero del moacutedulo o numeacuterico que
corresponde a dicho dispositivo Se pueden realizar todas las combinaciones
posibles entre las dos ruedas para identificar sus equipos de esta forma podraacute
obtener hasta 256 direcciones distintas Este es el maacuteximo nuacutemero de dispositivos
diferenciados que compone un sistema domoacutetico X-10
Si dos actuadores tienen los mismos coacutedigos de casa y numeacuterico
ejecutaraacuten simultaacuteneamente las oacuterdenes procedentes por la red eleacutectrica Si a dos
detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos coacutedigos mandaraacuten la
misma orden Entre las maacutes comunes pueden destacarse las siguientes
Tabla 3 Oacuterdenes transmitidas por el Protocolo X-10
On Activacioacuten del moacutedulo a direccional
Off Desactivacioacuten del moacutedulo a direccional
All Lights On Activacioacuten de todos los moacutedulos de luces
All Lights Off Desactivacioacuten de todos los moacutedulos de luces
Dim Reduccioacuten de intensidad
Bright Aumento de intensidad
Extended Code Para transmisioacuten de hasta 256 coacutedigos de funcioacuten adicional
Extended Data Para transmisioacuten de bytes adicionales (por Ej conversor AD)
2134 Dispositivos X-10
Transmisores Enviacutean una sentildeal especialmente codificada de bajo voltaje
que es superpuesta sobre el voltaje del cableado Un transmisor es capaz
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
19
de enviar informacioacuten hasta 256 dispositivos sobre el cableado eleacutectrico
Muacuteltiples transmisores pueden enviar sentildeales al mismo moacutedulo
Receptores Como los receptores y transmisores pueden comunicarse con
256 direcciones distintas Cuando se usan con algunos controladores de
computadoras estos dispositivos pueden reportar su estado
Bidireccionales Estos dispositivos toman la sentildea enviada por los
dispositivos transmisores Una vez que la sentildeal es recibida el dispositivo
responde encendieacutendose (ON) o apagaacutendose (OFF) Los receptores
generalmente tienen un coacutedigo establecido por el usuario para indicar la
direccioacuten del dispositivo Muacuteltiples dispositivos con el mismo coacutedigo pueden
coexistir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa Los
dispositivos bidireccionales tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta realizacioacuten de una orden lo cual puede ser muy uacutetil cuando el
sistema X-10 estaacute conectado a un programa de ordenador que muestre los
estados en que se encuentra la instalacioacuten domoacutetica de la vivienda Este es
el caso del Programador para PC
Inalaacutembricos Una unidad que permite conectarse a traveacutes de una antena y
enviar sentildeales de radio desde una unidad inalaacutembrica e inyectar la sentildea
X10 en el cableado eleacutectrico
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
20
CAPIacuteTULO 3
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Y
DISENtildeO DEL TRANSMISOR Y RECEPTOR
31 Identificacioacuten de la Tecnologiacutea y Sistema a utilizar
Para el siguiente trabajo de tesis se opto por utilizar la tecnologiacutea de
corrientes portadoras tomando como base el Protocolo X-10 Esta eleccioacuten se baso
fundamentalmente en las ventajas ofrecidas en comparacioacuten a otras tecnologiacuteas y
sistemas existentes
En primer lugar la tecnologiacutea de corrientes portadoras se caracteriza por
hacer uso de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten para transmitir
informacioacuten por lo cual no es necesario otro medio de interconexioacuten Es por esto
que los sistemas que hacen uso de esta tecnologiacutea tienen la posibilidad de ser
instalados en todo tipo de viviendas tanto nuevas como antiguas
Un aspecto importante del Protocolo X-10 es que no necesita herramientas
complicadas de programacioacuten a diferencia de otros sistemas que tienen esta
caracteriacutestica como requerimiento indispensable Ademaacutes el Protocolo X-10 ofrece
un sistema de menor complejidad con simplicidad en la instalacioacuten lo cual facilita
su adquisicioacuten
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
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1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
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14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
21
Tambieacuten cabe recalcar la caracteriacutestica modular que el Protocolo X-10
aporta lo cual permite realizar una modernizacioacuten sistemaacutetica de la vivienda Esto
se puede considerar como una manera de proteger la inversioacuten realizada ya que es
totalmente universal y por lo tanto transportable Todos los moacutedulos basados en
esta tecnologiacutea son faacuteciles de instalar y desinstalar y seguiraacuten siendo uacutetiles en otra
vivienda
Sin embargo el aspecto mas resaltante es el bajo costo de adquisicioacuten e
instalacioacuten que un sistema basado en esta tecnologiacutea posee
32 Planteamiento del Sistema
Se propone desarrollar un sistema domoacutetico baacutesico que se encargue de la
automatizacioacuten de la vivienda tomando como base el Protocolo X-10 Para lo cual
se han determinado partes importantes en el desarrollo
En primera instancia debemos identificar que como en todo sistema de
comunicacioacuten se tienen que cumplir ciertos requisitos miacutenimos e indispensables
tales como
Protocolo de comunicacioacuten
Transmisor
Receptor
Medio de comunicacioacuten Red eleacutectrica 220VAC 60 Hz
33 Protocolo de comunicacioacuten
Para poder realizar la comunicacioacuten entre los dispositivos transmisor y
receptor es necesario especificar el protocolo de comunicacioacuten empleado De esta
manera se establece el meacutetodo utilizado para formar la trama de informacioacuten la
codificacioacuten empleada y la manera como se transmitiraacute la informacioacuten
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
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1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
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Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
22
En primer lugar definimos el formato de la trama de informacioacuten la cual esta
dividida en cuatro campos de informacioacuten
Cabecera o coacutedigo de inicio
Coacutedigo de casa (Letras A - P)
Coacutedigo de unidad (1 - 16)
Coacutedigo funcioacuten (encendido apagado aumento o disminucioacuten de intensidad)
La cabecera o coacutedigo de inicio es utilizada como bandera para indicar que
se comenzaraacute a trasmitir la informacioacuten Los coacutedigos de casa y unidad son los
mismos del protocolo X-10
Tabla 4 Coacutedigos de casa
DIRECCION DE CASA
CODIGO DE CASA
H1 H2 H3 H4
A 0 1 1 0
B 1 1 1 0
C 0 0 1 0
D 1 0 1 0
E 0 0 0 1
F 1 0 0 1
G 0 1 0 1
H 1 1 0 1
I 0 1 1 1
J 1 1 1 1
K 0 0 1 1
L 1 0 1 1
M 0 0 0 0
N 1 0 0 0
O 0 1 0 0
P 1 1 0 0
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
23
Tabla 5 Coacutedigos de unidad
DIRECCION DE UNIDAD
CODIGO DE UNIDAD
D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 0
2 1 1 1 0
3 0 0 1 0
4 1 0 1 0
5 0 0 0 1
6 1 0 0 1
7 0 1 0 1
8 1 1 0 1
9 0 1 1 1
10 1 1 1 1
11 0 0 1 1
12 1 0 1 1
13 0 0 0 0
14 1 0 0 0
15 0 1 0 0
16 1 1 0 0
Si bien se tomo como base para la comunicacioacuten el protocolo X-10 no se lo
hace en su totalidad Para esta implementacioacuten solamente se utilizan cuatro
funciones posibles
Tabla 6 Coacutedigos de funcioacuten
FUNCION CODIGOS DE FUNCION
F1 F2 F3 F4
ENCENDIDO 0 0 1 0
REGULACIOacuteN NIVEL 1 0 1 0 0
REGULACIOacuteN NIVEL 2 0 1 0 1
APAGADO 0 0 1 1
La codificacioacuten se aplica a los cogidos de casa unidad y funcioacuten Utilizando
pares de bits complementarios
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
24
Tabla 7 Coacutedigos de transmisioacuten
CASA UNIDAD CODIGO
GENERADO
CODIGO TRANSMITIDO
BINARIO HEXADECIMAL
A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 69
B 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 A9
C 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
D 3 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 99
E 4 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 56
F 5 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 96
G 6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
H 7 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 A6
I 8 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6A
J 9 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 AA
K 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
L 11 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 9A
M 12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 55
N 13 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 95
O 14 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
P 15 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
FUNCIOacuteN
ON 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 59
V2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 65
V3 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 66
OFF 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
La trama de informacioacuten a transmitir tendraacute el siguiente formato
Fig 3 Trama de informacioacuten del protocolo de comunicacioacuten
En primera instancia cabe recalcar que se utilizaraacute la sentildeal sinusoidal de la
red eleacutectrica 220VAC 60Hz como medio de comunicacioacuten para transmitir la
informacioacuten Sin embargo se requiere una sentildeal de sincronizacioacuten para esto se
utiliza la sentildeal de cruce de paso por cero de la sentildeal senoidal
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
25
La informacioacuten que se desea transmitir seraacute acoplada a la red en cada cruce
de paso por cero Para la codificacioacuten de la informacioacuten a transmitir se establece
que un bit 1 loacutegico se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y
el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz
Fig 4 Sentildeal en la red eleacutectrica
Para aumentar la fiabilidad del sistema la trama de informacioacuten es enviada
dos veces separaacutendolas por tres ciclos completos
Fig 5 Trama de informacioacuten enviada
Se puede observar que el tiempo necesario para enviar una orden desde el
dispositivo transmisor es 248mseg
34 Disentildeo de los Moacutedulos
341 Moacutedulo Transmisor-Centro de Control
3411 Descripcioacuten
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
26
El moacutedulo transmisor es el encargado de generar los pulsos de 120KHz de
1ms de duracioacuten e inyectarlos en cada cruce por cero de la sentildeal de 220VAC 60Hz
de la red eleacutectrica
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica como se
forma la trama y la manera como es transmitida Ahora se debe especificar como se
adquieren las sentildeales de cruce por cero los coacutedigos de casa coacutedigos de unidad y
coacutedigos de funcioacuten Sin estas sentildeales el protocolo establecido carece de
importancia
Para seleccionar el dispositivo de destino al que se desea controlar se
emplean micro-interruptores y mediante un pulsador se determina la funcioacuten que se
desea realizar De esta manera es posible construir la trama de informacioacuten y
eventualmente transmitirla
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generara las sentildeales de control correspondientes
3412 Funcionamiento
El moacutedulo transmisor se encuentra en espera en todo momento Cuando se
presiona el pulsador inmediatamente se lee el valor de la CASA y UNIDAD de
destino Luego se determina la funcioacuten a realizar dependiendo del nuacutemero de veces
que se haya presionado el pulsador
EL pulsador presionado por primera vez selecciona la funcioacuten de
ENCENDIDO presionado una segunda vez selecciona un nivel 2 que regula la
potencia suministrada a un nivel determinado presionado por tercera vez regula la
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
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14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
27
potencia a un nivel 3 y presionado por cuarta vez selecciona la funcioacuten de
APAGADO
Con los valores de CASA UNIDAD Y FUNCION es posible generar la trama
y transmitir la informacioacuten
MODULO
TRANSMISOR
Presiono
Pulsador
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
Cuantas veces se ha
presionado el pulsador
DETERMINA
FUNCIOacuteN
GENERA TRAMA
DE
INFORMACIOacuteN
TRANSMITE
INFORMACIOacuteN
NO
SI
Fig 6 Diagrama de flujo del moacutedulo transmisor
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
28
3413 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
TEMPORIZADOR
ASTABLE 120KHz
DUTY CYCLE 50
PULSO DE
HABILITACIOacuteN
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR
220VAC
+
PWM
220VACDETECTOR DE
CRUCE POR CERO
MICRO
PULSADOR
SELECTOR DE
FUNCIOacuteN
+
ACOPLAMIENTO
Fig 7 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generacioacuten de pulso de 1mseg
Generacioacuten de sentildeal PWM 120KHZ duty-cycle 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
FUENTE DE VOLTAJE
CAPACITIVA
SIN
TRANSFORMADOR
RED
ELEacuteCTRICA
220VAC 60Hz
5VDC
TIERRA
Fig 8 Diagrama de bloques 220VAC-5VDCTIERRA
El microcontrolador ATMEGA-8 y otros componentes electroacutenicos utilizados
requieren de una sentildeal de 5VDC La solucioacuten habitual para resolver este problema
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
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8 Foros de Electroacutenica
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10 Jimeacutenez Manuel
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62
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12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
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15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
29
seria utilizar un transformador seguido de una etapa de rectificacioacuten filtrado y
regulacioacuten Uno de los beneficios que brinda el transformador es el aislamiento
Sin embargo como se planea utilizar la liacutenea eleacutectrica como medio de
transmisioacuten para enviar y recibir informacioacuten el aislamiento provisto por el
transformador es irrelevante Ademaacutes hay que tener en cuenta el costo y el espacio
que ocupa Tambieacuten se debe considerar que la potencia requerida por la tarjeta no
es elevada Debido a esto se puede concluir que utilizar una fuente de voltaje sin
transformador seria lo maacutes conveniente
Como solucioacuten a este problema se opta por una fuente de voltaje capacitiva
la cual entrega a su salida 5VDC y con una corriente suficiente para alimentar a los
circuitos integrados y demaacutes dispositivos Tambieacuten se debe considerar que este tipo
de fuente ocupa menos espacio y el costo de implementacioacuten tambieacuten disminuye
(Condit 2004)
Fig 9 Diagrama esquemaacutetico fuente de voltaje capacitiva sin transformador
Detector de cruce por cero
Como se ha especificado con anterioridad es de vital importancia contar con
una sentildeal de referencia que indique el cruce por cero de la red eleacutectrica Para
obtener esta sentildeal se utilizoacute el comparador asimeacutetrico LM358 que tiene como
primera sentildeal de entrada 6VAC 60Hz la cual se obtuvo mediante un transformador
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
30
reductor de 220VAC-12VAC se utiliza un potencioacutemetro para regular el nivel de
Voltaje a 6VAC Como segunda sentildeal para la comparacioacuten se tiene 600mVDC la
que se obtuvo con la sentildeal de 5VDC y un potencioacutemetro para regular el nivel de
voltaje
Fig 10 Diagrama esquemaacutetico detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD y FUNCION
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las
oacuterdenes a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto
B y C del microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el
coacutedigo de CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Para seleccionar la funcioacuten a realizar se utiliza un pulsador conectado al pin
2 del puerto D(RD1) el cual cuando se presiona por primera vez se elige la funcioacuten
de ENCENDIDO o de primera velocidad cuando se presiona por segunda vez se
elige la segunda velocidad cuando se presiona por tercera vez se elige la tercera
velocidad y presionando una cuarta vez se elige la opcioacuten de APAGADO De esta
manera es posible regular la potencia entregada a la carga
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-TRANSMISOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
31
Generacioacuten de pulso de 1mseg
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D pulsador selector de funcioacuten
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control
o Pin 5 del puerto D sentildeal para visualizacioacuten
El microcontrolador es el encargado de leer la CASA-UNIDAD de destino
cuando se presiona el pulsador y de acuerdo a la FUNCION seleccionada genera la
trama de informacioacuten requerida La trama de informacioacuten esta formada por 1acutes y 0acutes
loacutegicos Por lo que si se debe de enviar un 1 loacutegico se genera la sentildeal de control
correspondiente Si se debe de enviar un 0 loacutegico la sentildeal de control no es
generada
La sentildeal de control es un pulso en alta de1mseg de duracioacuten el cual activa
al temporizador 555 en configuracioacuten astable Para una correcta sincronizacioacuten el
microcontrolador debe asegurarse de generar la sentildeal de control en cada cruce por
cero
Tambieacuten se dispone de un led conectado al pin 5 del Puerto D mediante el
cual se visualizaraacute cuando se este transmitiendo informacioacuten
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
32
Fig 12 Diagrama esquemaacutetico microcontrolador entradas y salidas
Generacioacuten de la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50
Para obtener la sentildeal PWM de 120KHZ con un ciclo de trabajo de 50 se
utiliza un temporizador 555 el cual es configurado como astable La sentildeal de
habilitacioacuten de este circuito integrado se conecta a la sentildeal de control que
proporciona el microcontrolador de esta manera la sentildeal PWM se genera solo
cuando el microcontrolador lo indique
Se trabaja con un valor de condensador 1uF y con resistencias R1=220
ohmios y con R2 un potencioacutemetro de 1K de esta manera seraacute posible regular la
frecuencia para una adecuada transmisioacuten
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
33
Fig 13 Diagrama esquemaacutetico del temporizador 555 como astable
120KHZ ciclo de trabajo 50
Acoplamiento de sentildeal PWM con la red eleacutectrica
Para acoplar exitosamente la sentildeal PWM generada por el microcontrolador
a la sentildeal de 220VAC 60Hz se utiliza un transistor funcionando como amplificador
y un filtro pasa-altos
El transistor utilizado es el 2N3904 y la resistencia conectada a la base del
transmisor es 200ohmios la resistencia conectada al emisor es 50ohmios En
cuanto al filtro pasa alto de acoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD de
01uF de 275V y una resistencia de 1Mohio La impedancia del condensador se
define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con F=120KHz entonces
Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia Zc=265Kohmios Se puede
ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de 120KHz y alta a la sentildeal de
60Hz De esta manera es posible acoplar la sentildeal de 120KHz con la sentildeal de 60Hz
de la liacutenea eleacutectrica
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
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15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
34
Fig 14 Diagrama esquemaacutetico acoplamiento a la red eleacutectrica (Burroughs 2002)
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
35
Fig 15 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo transmisor
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
36
342 Moacutedulo Receptor-Actuador
3421 Descripcioacuten
El moacutedulo receptor es el encargado de detectar los pulsos de 120KHz de
1ms que son transmitidos por medio de la red eleacutectrica en cada cruce por cero y
adaptar esta sentildeal a un nivel de voltaje aceptable para el microcontrolador Ademaacutes
debe de realizar la decodificacioacuten pertinente para generar la sentildeal de control
adecuada
El protocolo de comunicacioacuten definido con anterioridad nos indica el formato
de la trama y la manera como es transmitida la informacioacuten Ahora se debe
especificar como la informacioacuten es reconstruida y el proceso de verificacioacuten que se
realiza Para esto es necesario contar con las sentildeales de cruce por cero los
coacutedigos de casa y coacutedigos de unidad
Para poder interconectar todas las funciones que el moacutedulo transmisor debe
realizar se utiliza el microcontrolador ATMEGA8 que realizaraacute el procesamiento de
las sentildeales recibidas y generaraacute las sentildeales de control correspondientes
3422 Funcionamiento
El moacutedulo receptor se encuentra esperando a que la informacioacuten que recibe
tenga el formato de la trama de encabezado de no cumplirse esto se asume que la
informacioacuten recibida no es vaacutelida Cuando se recibe la trama de encabezado
tambieacuten se leen los coacutedigos de CASA y UNIDAD transmitidos Si en la recepcioacuten de
la trama de informacioacuten no se presentaron problemas se procede a leer la CASA y
UNIDAD propio del dispositivo que son determinados con los micro-interruptores
Se realiza una comparacioacuten entre los coacutedigos transmitidos y los coacutedigos
propios de los dispositivos si no concuerdan entonces la informacioacuten recibida no le
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
37
corresponde y continuacutea esperando a que le llegue informacioacuten adecuada Si la
comparacioacuten es exitosa se genera la sentildeal de control para regular la potencia que
recibiraacute la carga
MODULO
RECEPTOR
DETECTO
CABECERA
SI
NO
BUSCA CASA
UNIDAD
FUNCION
Leer_DIPSW
(casa y unidad)
CASA
UNIDAD
OK
NO
SI
Dependiendo de la
FUNCION se regula
potencia suministrada
Fig 16 Diagrama de flujo del moacutedulo receptor
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
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8 Foros de Electroacutenica
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9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
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10 Jimeacutenez Manuel
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62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
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12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
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14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
38
3423 Etapas
ALIMENTACIOacuteN
REGULACIOacuteN DE
POTENCIA
OPTOTRIAC-TRIAC
SENtildeAL DE
CONTROL
220VAC
MICRO
INTERRUPTORES
SELECTORES
DE UNIDAD
5VDC
MICRO
CONTROLADOR220VAC
DETECTOR DE
CRUCE POR CEROCARGA
Fig17 Diagrama de bloques del moacutedulo transmisor
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Detector de cruce por cero
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA-8
o Procesamiento de informacioacuten
o Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Regulacioacuten de potencia
Alimentacioacuten 220VAC-5VDC
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Detector de cruce por cero
Mismo circuito que el moacutedulo transmisor
Seleccioacuten de la CASA-UNIDAD
Para seleccionar la CASA-UNIDAD de destino a la cual se le enviacutean las ordenes
a realizar se utilizan micro-interruptores conectados a los pines del puerto B y C del
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
39
microcontrolador Mediante los pines 3-0 del puerto B se determina el coacutedigo de
CASA y con los pines 3-0 del puerto C el coacutedigo de UNIDAD
Detector de pulsos
FILTRO DE
DESACOPLOFILTRO-RC
PASA-ALTOS
AMPLIFICACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
DE 120KHz
DETECTOR
DE
ENVOLVENTE
220VAC
Pulso en atta
de 1msegADAPATACIOacuteN
DE LA SENtildeAL
Fig18 Diagrama de bloques del detector de pulsos
Para poder transmitir informacioacuten a traveacutes de la red eleacutectrica el dispositivo
receptor debe estar en la capacidad de detectar los pulsos de 120KHz presentes en
las liacuteneas de transmisioacuten Por lo que es necesario contar con una etapa de
deteccioacuten Esto se consigue con un filtro de desacoplo un filtro pasa-altos un
amplificador de ajuste y un detector de envolvente
En cuanto al filtro de desacoplo se utilizada un condensador tipo MAYNARD
de 01uF de 275V y una resistencia de 1Megaohmio La impedancia del
condensador se define como Zc=1(2PIFC) por lo que si C=01uF con
F=120KHz entonces Zc=13ohmios sin embargo con F=60Hz la impedancia
Zc=265Kohmios Se puede ver que se tiene una baja impedancia a la sentildeal de
120KHz y alta a la sentildeal de 60Hz De esta manera es posible desacoplar la sentildeal
de 120KHz de la sentildeal de 60Hz de la liacutenea eleacutectrica Ademaacutes se colocan diodos
zener de 51V para enclavar los niveles de voltaje
Debido a que la frecuencia de 120KHz es mucho mayor que la de 60Hz de
la liacutenea eleacutectrica se utilizaraacute un filtro pasa-alto tipo RC Con R=330ohmios y C=
47nF se tiene una frecuencia de corte Fc=1026KHz de esta manera es posible
atenuar la sentildeal de 60Hz y dejar pasar la de 120KHz
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
40
La sentildeal de 120KHz obtenida debe de ser amplificada porque en este punto
se encuentra en el rango de los mV Se utiliza el amplificador operacional
asimeacutetrico LM358 configurado como no inversor con valores de resistencia R1=1K
y R2=47K se obtiene una ganancia Av=(1+R2R1)=48 La sentildeal amplificada pasa
por un detector de envolvente formado por un diodo raacutepido y una resistencia de
100K conectada a 5VDC
La sentildeal obtenida debe de ser adaptada a niveles adecuados con los que el
microcontrolador pueda trabajar para lo que se utiliza un comparador de nivel
formado por un LM358 y una sentildeal de referencia
Fig19 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
Microcontrolador ATMEGA8 del MODULO-RECEPTOR
Las funciones baacutesicas que el microcontrolador debe realizar son
Procesamiento de informacioacuten
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten potencia
Para esto tiene configurados sus puertos como entradas y salidas
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
41
Entradas
o Pin 2 del puerto D sentildeal de cruce por cero
o Pin 3 del puerto D sentildeal de deteccioacuten de pulsos
o Pines 3-0 del puerto B micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de CASA
o Pines 3-0 del puerto C micro-interruptores selectores de el
Coacutedigo de UNIDAD
Salidas
o Pin 7 del puerto D sentildeal de control de regulacioacuten potencia
El microcontrolador es el encargado de leer el coacutedigo de CASA y el coacutedigo
de UNIDAD del dispositivo para realizar la validacioacuten de la informacioacuten Ademaacutes
con la sentildeal de cruce analizara el estado del pin 2 del puerto D con la finalidad de
detectar la presencia del pulso de 1mseg y en base a esto armar la trama de
informacioacuten la cual seraacute procesada y se generara las sentildeales de control para
regular la potencia suministrada a la carga
Se ha definido con anterioridad que se dispondraacute de tres niveles de potencia
que puede recibir la carga por lo que es necesario generar las sentildeales de control
adecuadas Para el primer nivel de encendido se genera un pulso de 2mseg de
duracioacuten para el segundo nivel el pulso tiene 4mseg de duracioacuten para el tercer
nivel se tiene un pulso de 6mseg de duracioacuten Y finalmente con la opcioacuten de
apagado se mantiene un nivel constante Cabe recalcar que cada pulso de control
se dispara en el cruce por cero
NIVEL Pulso
(mseg) Potencia
()
On 2 76
Vel2 4 52
Vel3 6 28
Off - 0
Tabla 8 Niveles de regulacioacuten de potencia
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
42
Regulacioacuten de potencia
Para la etapa de regulacioacuten de potencia se seleccionoacute un TRIAC debido a su
buen desempentildeo como interruptor y a su alta respuesta en media potencia esto lo
hace adecuado para el control de laacutemparas y regulacioacuten de potencia
El TRIAC es un dispositivo econoacutemico de tres terminales que actuacutea
baacutesicamente como un interruptor de corriente alterca de alta velocidad Sus
terminales MT1 Y MT2 son colocados en seria con la carga Un pequentildea corriente
de disparo entre GATE y MT1 permite la conduccioacuten y seguiraacute asiacute mientras la
corriente de carga sea mayor a una corriente miacutenima Debido a esto el TRIAC se
desactiva en cada cruce por cero
Para poder disparar al TRIAC se utiliza un OPTO-TRIAC como driver el cual
a su vez sirve como aislamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia La
sentildeal de control ingresa al driver y este acciona al TRIAC
El triac utilizado es el BT-136 y el opto-triac es el MOC-3041 El opto-triac
requiere de una corriente de entrada de 15mA por lo que se coloca una resistencia
de 330ohmios a la entrada
Fig20 Diagrama esquemaacutetico del detector de pulsos
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
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2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
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Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
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12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
43
La potencia suministrada a la carga depende de la sentildeal de control
Fig21 Niveles de potencia suministrada a la carga
Integrando todos los bloques disentildeados previamente se obtiene el diagrama
esquemaacutetico del moacutedulo receptor
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
44
Fig22 Diagrama esquemaacutetico del moacutedulo receptor
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
45
35 Objetivos
351 Objetivo General
Desarrollar y verificar el funcionamiento de los moacutedulos de transmisioacuten y
recepcioacuten del sistema de control automatizado de la vivienda teniendo como base la
tecnologiacutea de corrientes portadoras y el protocolo X-10
352 Objetivos Especiacuteficos
Generar la trama de informacioacuten codificada lista para ser transmitida en
base a los coacutedigos de casa unidad y funcioacuten
Acoplar la sentildeal digital a la red eleacutectrica
Desacoplar la sentildeal digital de la red eleacutectrica y reconstruirla para su
procesamiento
Establecer la comunicacioacuten coherente entre el moacutedulo transmisor y el
moacutedulo receptor
Generar la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia y verificar el nivel de
potencia suministrada a la carga
Comprobar el funcionamiento del moacutedulo transmisor y receptor con cargas
lumiacutenicas yo resistivas
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
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[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
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62
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16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
46
CAPIacuteTULO 4
PRUEBAS FINALES Y VERIFICACION DEL FUNCIONAMIENTO
Antes de conectar el moacutedulo transmisor y receptor a la red eleacutectrica para
comprobar su correcto funcionamiento es necesario realizar ciertas pruebas
preliminares en el laboratorio Para lo que fue necesario contar con ciertos
instrumentos tanto de hardware como de software
41 Instrumentos utilizados
411 Software
VMLab- Software utilizado para escribir los programas del transmisor y
receptor
Programador AVRPUCP- Software utilizado para programar los
microcontrolador ATMEGA8 del transmisor y receptor
412 Hardware
Osciloscopio Tektronix TDS 220- Instrumento utilizado para visualizar la
forma de las sentildeales obtenidas
Puntas de Osciloscopio Atenuadas x10
Multiacutemetro Digital
Moacutedulo Analoacutegico- Este moacutedulo es utilizado para obtener las sentildeales de
5VDC y GND Ademaacutes este moacutedulo cuenta con un transformador el cual es
utilizado para la deteccioacuten del cruce de paso por cero de la red eleacutectrica
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
47
Transformador reductor 220VAC24-0-24VAC
Transformador reductor 220VAC110VAC
Ambos transformadores fueron utilizados para realizas las pruebas antes de
trabajar directamente con la sentildeal de la red eleacutectrica
Tarjetas de desarrollo
tarjetaMEGA8R2- Cuenta con el microcontrolador ATMEGA8 y la
interfaz necesaria para su programacioacuten y utilizacioacuten de puertos
Moacutedulo_ESRev11- Dispone de dispositivos de entrada y salida tales
como interruptores pulsadores y leds
42 Pruebas Realizadas
Una vez que se han definido los instrumentos necesarios para realizar las
pruebas se realizan las conexiones entre los circuitos implementados en
protoboard y las tarjetas con las que trabaja el microcontrolador
Para las pruebas se implementaron los circuitos del transmisor y receptor en
protoboard y haciendo uso de las tarjetas con los microcontroladores fue posible
realiza todas las pruebas necesarias para verificar el correcto funcionamiento del
sistema
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
48
Fig 23 Moacutedulo transmisor en protoboard
Fig 24 Moacutedulo receptor en protoboard
Fig 25 Moacutedulo transmisor y receptor en protoboard
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
49
Fig 26 Microcontroladores del moacutedulo transmisor y receptor
Una vez realizadas todas las conexiones se proceden a realizar las pruebas
Estas se realizaron de manera secuencial por lo que se comenzoacute con el moacutedulo
transmisor
41 Pruebas del moacutedulo transmisor-
Primero se debe de obtener el tren de pulsos de 120Hz que indica el cruce
por cero ingresa al ATMEGA8 como sentildeal de referencia para sincronizar la
comunicacioacuten En la graacutefica se observa esta sentildeal
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
50
Fig 27 Canal 2 Sentildeal de cruce por cero de la red eleacutectrica
Para las pruebas se selecciona como coacutedigo de casa acuteEacute y como coacutedigo de
unidad acute6acute Por lo que es necesario presionar los micro-interruptores para obtener
en los pines del puerto B xxxx0100 y en los pines del puerto C xxxx0110
Al momento de presionar el pulsador el microcontrolador lee los coacutedigos de
casa unidad y selecciona la funcioacuten realizar En esta instancia solamente se espera
la sentildeal de cruce por cero para generar la sentildeal de 25ms de duracioacuten
Con los valores seleccionados se tendraacute una trama como la siguiente
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero de la sentildeal eleacutectrica se transmitiraacute un acute1acute o un acute0acute
loacutegico seguacuten corresponda
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
51
Fig 28 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo1110rdquo coacutedigo de cabecera
Fig 29 Canal 1 Sentildeal de cruce por cero
Canal 2 Trama ldquo01010110rdquo coacutedigo de casa ldquoErdquo
La sentildeal de salida del ATMEGA8 habilita al bloque que genera la sentildeal
PWM luego esta sentildeal pasa por la etapa de acoplamiento a la red eleacutectrica En
este punto se tiene la sentildeal que seraacute acoplada a la red eleacutectrica Sin embargo para
efecto de pruebas preeliminares se utiliza una sentildeal de 50V 60Hz que se obtiene de
un transformador para simular la onda sinusoidal
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
52
Fig 30 Canal 1 Sentildeal de referencia 50VAC 60Hz y
Canal 2 Sentildeal PWM
Una vez conectado la sentildeal de 60 Hz se observa que el filtro cumple con su
trabajo e impide que esta afecte a la parte digital sin embargo permite que la sentildeal
de 120KHz pase y se acople a la sentildeal En este punto se ha logrado acoplar la
informacioacuten a la red eleacutectrica
Fig 31 Canal 1Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica
Canal 2 Pulso de referencia de 25mseg
Se puede apreciar un pequentildeo rizado presente en la red el cual observado
en mas detalle se aprecia que es la sentildeal PWM
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
53
Fig 32 Sentildeal PWM acoplada a la red eleacutectrica y pulso de 25 mseg
como referencia de ventana de tiempo
42 Pruebas del moacutedulo receptor
El moacutedulo receptor necesita de un sentildeal de referencia de cruce por cero
para sincronizar la comunicacioacuten Para efecto de pruebas se utiliza la misma sentildeal
que recibe el transmisor
La sentildeal que recibe el moacutedulo receptor es un tren de pulsos PWM
sincronizados con los cruces por cero de la red eleacutectrica En esta instancia solo se
desea reconstruir la sentildeal transmitida
El moacutedulo receptor desacopla la sentildeal con la informacioacuten de la red eleacutectrica
Para esto pasa por un filtro de desacoplo y un filtro pasa alto La sentildeal obtenida es
de muy baja potencia por lo que es necesario amplificarla y reconstruirla La sentildeal
pasa por los bloques de amplificacioacuten detector de envolvente y de adaptacioacuten de la
sentildeal
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
54
Fig 33 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro de desacoplo
Canal 2 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Fig 34 Canal 1 Sentildeal de salida del filtro pasa-alto
Canal 2 Sentildeal adaptada
Si comparamos la sentildeal reconstruida con la sentildeal generada por el trasmisor
Se aprecia que la primera dura 1mseg mas De esta manera se asegura la
deteccioacuten en el microcontrolador
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
55
Fig 35 Canal 1 Sentildeal del transmisor
Canal 2 Sentildeal reconstruida
Para las pruebas con el ATMEGA8 se selecciona como coacutedigo de casa E y
como coacutedigo de unidad 6 Por lo que es necesario presionar los interruptores con el
fin de que en los pines Puerto B debe de haber xxxx0100 y en los pines del puerto
C xxxx0110
La trama de informacioacuten que el moacutedulo transmisor seraacute
1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
En cada cruce por cero se analiza la presencia de un acute1acute loacutegico o no Si no se
presentan errores en la recepcioacuten y la trama recibida corresponde con el coacutedigo del
dispositivo entonces el ATMEGA 8 genera la sentildeal de control correspondiente a un
tren de pulsos de determinada duracioacuten que se sincronizan con los cruces por cero
de la sentildeal eleacutectrica La duracioacuten de los pulsos esta determinada por la funcioacuten que
se desea realizar
Para la regulacioacuten del potencia mediante el TRIAC el aacutengulo de desfase del
pulso de 250us respecto al cruce por cero indicaraacute la potencia que recibiraacute la carga
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
56
Fig 36 Canal 1 Sentildeal de control de regulacioacuten de potencia
Canal 2 Potencia suministrada a la carga
El sistema implementado funciona correctamente para una sentildeal sinusoidal
de 50VAC 60Hz tambieacuten se proboacute el sistema con una sentildeal de 110VAC 60Hz
obtenida con un transformador reductor y no hubo variacioacuten Cuando se decidioacute
trabajar con la sentildeal de la red eleacutectrica de 220VAC 60Hz el sistema no presentoacute
alteracioacuten alguna siguioacute funcionando adecuadamente
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
57
CONCLUSIONES
La utilizacioacuten de la red eleacutectrica como medio de comunicacioacuten supone un
ahorro en cuanto a la implementacioacuten praacutectica debido a que no es
necesario realizar otro tipo de inversioacuten adicional en cuanto a la
canalizacioacuten lo cual hace mas atractivo la adquisicioacuten de este tipo de
sistema
La caracteriacutestica modular implementada permite proteger la inversioacuten
porque de ser necesario se puede remover el sistema domoacutetico e instalarlo
en otra vivienda
Se logroacute realizar la codificacioacuten de la informacioacuten de manera coherente y se
pudo acoplar de manera exitosa la informacioacuten digital con la sentildeal
analoacutegica
Se pudo desacoplar la informacioacuten digital presente en la red eleacutectrica La
informacioacuten fue reconstruida y posteriormente procesada por el
microcontrolador el cual genero la sentildeal de control para la regulacioacuten de la
carga La regulacioacuten de la potencia suministrada a la carga resistiva se
realizoacute con eacutexito
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
58
Como conclusioacuten principal del trabajo realizado se obtiene que el sistema
implementado funciona adecuadamente por lo que el disentildeo y el desarrollo
basado en la tecnologiacutea de corrientes portadoras es una teacutecnica que puede
ser utilizada para implementar un sistema domoacutetico que permita la
automatizacioacuten de una vivienda unifamiliar
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
59
RECOMENDACIONES
Se plantean las siguientes pautas a tomar en cuenta como medida de proteccioacuten
Si se planea medir la sentildeal de la red eleacutectrica utilizar puntas de osciloscopio
atenuadas por diez como medida de precaucioacuten para no malograrlas
Cuando se trabaje con la sentildeal de la red eleacutectrica al momento de realizar las
pruebas es recomendable aislar la tierra del osciloscopio y del moacutedulo
analoacutegico porque se puede producir un cortocircuito entre la liacutenea viva y la
tierra digital
Como medida de optimizacioacuten del sistema se planeta
Mejorar la etapa del software Se pueden agregar maacutes opciones a la
programacioacuten del microcontrolador Se podriacutea usar una pantalla LCD y un
teclado matricial para crear una interfaz mas amigable parar el usuario
Tambieacuten se puede implementar la comunicacioacuten con la computadora
personal de tal manera que con una interfaz graacutefica el manejo del sistema
de control seriacutea maacutes manejable
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
60
Expandir las prestaciones del sistema integrando al sistema actual el control
de los sistemas de seguridad de entretenimiento etc Con el fin de disponer
de un control total de la vivienda
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
61
FUENTES
1 Ablondi Bill 2006 Control Systems State Of The Market Electric Perspective
[perioacutedica] 31(2) Marzo Abril 31 [consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1013071781ampsid=8ampFmt=4ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
2 Burroughs Jon
2002 AN236 X-10reg Home Automation Using the PIC16F877A Microchip Technology Inc ltlthttpwwwmicrochipcomstellentidcplgIdcService=SS_GET_PAGEampnodeId=1824ampappnote=en012050gtgt
3 CasaIP iquestQueacute tecnologiacutea domoacutetica necesito [en liacutenea] ltlthttpwwwbovestreetcominfotecnologiaphpgtgt
4 Condit Reston 2004 AN954 Transformerless Power Supplies Resistive and Capacitive
Microchip Technology Inc ltlthttpww1microchipcomdownloadsenAppNotes00954Apdfgtgt
5 Domoacutetica Viva
2003 Bricolaje X-10 Curso de Domoacutetica a traveacutes de la red eleacutectrica (corrientes Portadoras) [en liacutenea] ltlthttpwwwdomoticavivacomX-10X-10htmgtgt
6 Electroacutenica Unicrom
Tutoriales de Electroacutenica [en liacutenea] lthttpwwwunicromcomtutorialesaspgtgt
7 Escobar P Alex E
1998 Edificios inteligentes y casas domoacuteticas [en liacutenea] Meacutexico ltlthttpwwwmonografiascomtrabajos5edinedinshtmlgtgt
8 Foros de Electroacutenica
Circuito de domoacutetica X-10 [en liacutenea] ltltwwwforosdeelectronicacomgtgt
9 Ing Tapia Martiacutenez Dante Israel
2004 Desarrollo e implementacioacuten de un sistema domoacutetico en un hogar del estado de Colima Universidad de Colima Meacutexico Colima 128 p lthttpdigesetucolmxtesis_posgradoPdfDante_Israel_Tapia_Martinezpdfgtgt
10 Jimeacutenez Manuel
TEMA 9 REDES DOMOacuteTICAS BUS EIB [en liacutenea] ltlthttpwwwdteupctespersonalmanueljimenezdocenciaGD6_Comunic_IndpdfsTema209pdfgtgt
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
62
11 Keller Michael 2007 Automated-home protocols proliferate Electronic Engineering Times
[periodica] 1464 Febrero 26 [Consultado 20070413] ProQuest Computing ltlthttpproquestumicompqdwebdid=1254663451ampsid=3ampFmt=3ampclientId=39490ampRQT=309ampVName=PQDgtgt
12 Romero M A
1998 Domoacutetica Edificios Inteligentes Proyecto para Vivienda Unifamiliar [en liacutenea] ltlthttpwwwnovaes~mromerodomoticadomoticahtmgtgt
13 Philips Semiconductor
1999 TDA5051A Home automation modem ltlthttpwwwnxpcompippip=[pip=TDA5051A_2]|pp=[v=dt=pipi=TDA5051A_2fi=34029ps=0][0]gtgt
14 Plunkett Philip C
1996 X-10 Compatible Appliance Module [en liacutenea] ltlthttpwwwcixcouk~pplunkettx10htmgtgt
15 Suacuteper inventos
QUE ES DOMOTICA X10 [en liacutenea] ltlthttpwwwsuperinventoscomQueesx10htmgtgt
16 Universidad de Concepcioacuten UDEC
Capiacutetulo 3 Protocolos [en liacutenea] ltlthttpwww2udeccl~racunadomoticax10htmgtgt
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
1
ANEXO Ndeg1
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO TRANSMISOR
Moacutedulo transmisor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ head=0b11100000 equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def pulsos =r17 def trama =r18 def cont =r19 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 unid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
2
ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr pulsos wait SBIS PIND2 rjmp wait espera a que se presione el pulsador rcall DELAY_500ms subrutina de retraso para evitar el rebote rcall leer_code rcall leer_func la sentildeal PD5 es usada como sentildeal de
visualizacioacuten SBI PORTD5
ldi cont4 ldi tramahead enviacutea CABECERA rcall tx ldi cont8 lds tramacasa enviacutea CODIGO CASA
rcall tx ldi cont8 lds tramaunid enviacutea CODIGO UNID
rcall tx ldi cont8 lds tramafunc enviacutea CODIGO FUNC
rcall tx CBI PORTD5 rjmp wait Subrutina tx Descripcioacuten Esta subrutina transmite una trama de informacioacuten de una determinada longitud tx rol trama rcall zerox dec cont brne tx ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
3
esp SBIS PIND3 RJMP esp SBI PORTD6 brcc no_hay SBI PORTD7 no_hay rcall DELAY_4ms CBI PORTD7 CBI PORTD6 ret Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp ldi temp0b11110011 out DDRDtemp CLR TEMP out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI temp125 time
rcall DELAY_4ms DEC temp BRNE time RET Subrutina DELAY4ms DELAY_4ms LDI XHHIGH(1000) LDI XLLOW(1000) retardo SBIW XL1 BRNE retardo RET
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
4
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
5
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET Subrutina leer_func Descripcioacuten Determina el coacutedigo de la funcioacuten que seraacute transmitida leer_func inc pulsos cpi pulsos1 brne vel2 ldi tempON sts functemp rjmp akba
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
6
vel2 cpi pulsos2 brne vel3 ldi tempV2 sts functemp rjmp akba vel3
cpi pulsos3 brne apagado ldi tempV3 sts functemp rjmp akba apagado ldi tempOFF sts functemp clr pulsos akba
ret
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
7
ANEXO Ndeg2
CODIGO DE PROGRAMA DEL MODULO RECEPTOR
Moacutedulo receptor Proyecto Trabajo de Tesis Autor Diego Lozada Correo diegolozadapucpedupe include CVMLABincludem8definc Constantes definidas con los coacutedigos a transmitir equ A0 =0b01101001 0x69 equ B1 =0b10101001 0xA9 equ C2 =0b01011001 0x59 equ D3 =0b10011001 0x99 equ E4 =0b01010110 0x56 equ F5 =0b10010110 0x96 equ G6 =0b01100110 0x66 equ H7 =0b10100110 0xA6 equ I8 =0b01101010 0x6A equ J9 =0b10101010 0xAA equ K10 =0b01011010 0x5A equ L11 =0b10011010 0x9A equ M12 =0b01010101 0x55 equ N13 =0b10010101 0x95 equ O14 =0b01100101 0x65 equ P15 =0b10100101 0xA5 equ ON =0b01011001 0x59 equ V2 =0b01100101 0x65 equ V3 =0b01100110 0x66 equ OFF =0b01011010 0x5A registros utilizados def temp =r16 def estado=r17 def trama =r18 def cont =r19 def carrier=r20 variables utilizadas dseg org $60 casa Byte 1 rxcasa Byte 1 unid Byte 1 rxunid Byte 1 func Byte 1 cseg org 0 rjmp Inicio
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
8
Inicio se establece el inicio de la pila ldi temphigh(RAMEND) out SPHR16 ldi templow(RAMEND) out SPLtemp rcall config_port clr estado rcall DELAY_500ms wait rcall rx_head brcc wait lee cabecera SBI PORTD5 lee coacutedigos transmitidos rcall rx sts rxcasatrama CODIGO CASA rcall rx sts rxunidtrama CODIGO UNID rcall rx sts functrama CODIGO FUNC CBI PORTD5 rcall leer_code coacutedigo casa y unidad propios compara el codigo de casa leiacuteda con la transmitida lds tempcasa lds tramarxcasa cpse temptrama rjmp wait compara el coacutedigo de unidad leiacuteda con la transmitido lds tempunid lds tramarxunid cpse temptrama rjmp wait se determina la funcioacuten a realizar funciones lds tramafunc cpi tramaon breq encendido cpi tramav2 breq vel2 cpi tramav3 breq vel3 cpi tramaoff breq apagado rjmp wait encendido ldi estado1 rjmp wait
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
9
vel2 ldi estado3 rjmp wait vel3 ldi estado5 rjmp wait apagado clr estado rjmp wait Subrutina rx_head rx_head rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc falla rcall zerox brcc good falla clc ret good
sec ret Subrutina rx Descripcioacuten Esta subrutina lee una trama de informacioacuten de una determinada longitud rx ldi cont8 rx_ rcall zerox
rol trama dec cont brne rx_ ret Subrutina zerox Descripcioacuten Esta subrutina analiza el estado del pin PD3 el cual recibe la sentildeal de cruce por cero Un bit es transmitido en cada cruce por cero zerox SBIC PIND3 RJMP zerox esp SBIS PIND3
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
10
RJMP esp SBI PORTD6 rcall bit rcall triac CBI PORTD6 ret bit ldi carrier1 LDI XHHIGH(333) LDI XLLOW(333) sensa sbis pind2 clr carrier SBIW XL1 BRNE sensa ror carrier ret Subrutina triac Descripcioacuten Se genera la sentildeal de control de regulacioacuten de potencia triac push r16 in r16sreg push r16 mov r31estado
cpi estado0 breq akba sigue dec r31 breq dispara call DELAY_1ms rjmp sigue dispara SBI PORTD7 rcall DELAY_250us CBI PORTD7 akba pop r16 out sregr16 pop r16 RET
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
11
Subrutina config_port Descripcioacuten Se configura el puerto B y C como entradas Se configura el puerto D como entradas y salidas config_port clr temp out ddrbtemp out ddrctemp ldi temp0xFF out portbtemp out portctemp PD0 COMO SALIDA ldi temp0b11110011 out DDRDtemp ldi TEMP0b00001100 out PORTDtemp ret Subrutina DELAY_500ms DELAY_500ms LDI r30248 time
rcall DELAY_1ms rcall DELAY_1ms DEC r30 BRNE time RET Subrutina DELAY_1ms DELAY_1ms LDI temp250 retardo dec temp nop BRNE retardo RET DELAY_250us LDI temp83 pot dec temp BRNE pot RET
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
12
Subrutina leer_code Descripcioacuten Le los coacutedigos de casa y unidad del dispositivo receptor leer_code nop in temppinb andi temp0x0F rcall busca sts casatemp in temppinc andi temp0x0F rcall busca sts unidtemp RET busca A_0 cpi temp0 brne B_1 LDI R16A0 RET B_1 cpi temp1 brne C_2 LDI R16B1 RET C_2 cpi temp2 brne D_3 LDI R16C2 RET D_3 cpi temp3 brne E_4 LDI R16D3 RET E_4 cpi temp4 brne F_5 LDI R16E4 RET F_5 cpi temp5 brne G_6 LDI R16F5 RET G_6 cpi temp6 brne H_7 LDI R16G6 RET
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
13
H_7 cpi temp7 brne I_8 LDI R16H7 RET I_8 cpi temp8 brne J_9 LDI R16I8 RET J_9 cpi temp9 brne K_10 LDI R16J9 RET K_10 cpi temp10 brne L_11 LDI R16K10 RET L_11 cpi temp11 brne M_12 LDI R16L11 RET M_12 cpi temp12 brne N_13 LDI R16M12 RET N_13 cpi temp13 brne O_14 LDI R16N13 RET O_14 cpi temp14 brne P_15 LDI R16O14 RET P_15 LDI R16P15 RET
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
14
ANEXO Ndeg3
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO TRANSMISOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
3 R1_5VR1_OUTR2_OUT RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_PWMR_TXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
2 R_PULSOR__RST RESISTENCIA 10K
6 C_PWMC5_PWMC_PULSOC_RSTC1_VDDC2_VDDD
CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2RPOT_PWM POTENCIOMETRO 1K
1 DZ DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_TX DIODO LED 5mm
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
2 SW_PULSOSW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
1 IC1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC3 TEMPORIZADOR LM555
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
15
ANEXO Ndeg4
LISTA DE COMPONENTES DEL MODULO RECEPTOR
CANTIDAD REFERENCIA DESCRIPCIOacuteN VALOR
1 R1_5V RESISTENCIA 100ohmios
1 R2_5V RESISTENCIA 3Mohmios
11 R_ONR_RXR_LED1R_LED2R_LED3R_LED4R_LED5R_LED6R_LED7R_LED8
RESISTENCIA 220ohmios
1 RF_OUT RESISTENCIA 1Mohmio
1 R__RST RESISTENCIA 10K
2 R_FPAR_OPYO RESISTENCIA 330ohmios
1 R_AMP1 RESISTENCIA 47Kohmios
1 R_DE RESISTENCIA 100Kohmios
2 R_T1R_T2 RESISTENCIA 360ohmios
1 C_FPA CONDENSADOR 47nF
3 C_RSTC1_VDDC2_VDDD CONDENSADOR 01uF
2 C_5VCF_OUT CONDENSADOR 2E104J
1 C2_5V CONDENSADOR 470uF16v
3 R1R2R_AMP1 POTENCIOacuteMETRO 1K
1 R3 POTENCIOacuteMETRO 5K
3 DZD3D4 DIODO ZENER 51V
3 DD1D2 DIODO 1N4007
2 LED_ONLED_RX DIODO LED 5mm
1 D_DE DIODO 1N4118
1 DIP MICRO-INTERRUPTORES 8 pines
1 SW__RST PULSADOR
2 220VAC-IN220VAC-out BORNERAS 2 pines
1 TRAFO MOLEX 4 pines
2 IC1IC5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM358
1 IC2 COMPUERTA NOT 7404
1 IC4 MICROCONTROLADOR ATMEGA8
1 OK1 OPTO_TRIAC BT-136
1 T1 TRIAC MOC-3041
1 FUSE FUSIBLE 630mA
1 VARISTOR VARISTOR 14D391K
1 TRANSFOMADOR 220VAC12-0-12 VAC
